Aplikace funkčních vrstev prodlužuje životnost kritických dílů až desetinásobně

• Foto

Jednou z revolučních technik, která si nachází cestu z průmyslu do nového pojetí energetiky, jsou povrchové úpravy komponent a dílů. Takto ošetřené povrchy získávají za velmi příznivou cenu vlastnosti, které jsou jiným způsobem téměř nedosažitelné. Nejedná se „pouze“ o ochranu proti erozi nebo korozi a prodlužování životnosti. Vývoj nových typů materiálů a technologií jejich nanášení směřuje k povrchům, nabízejícím zcela nové vlastnosti či kombinující několik funkcí na stejném podkladovém materiálu. Nové aplikační metody také umožnují v provozech ošetření součástek, které nelze demontovat, nebo mají obtížnou geometrii.

Technologie pro český průmysl 4.0 ve VZÚ Plzeň

Výzkumný a zkušební ústav v Plzni se na výzkum a průmyslový vývoj v oblasti povrchových ochran technologiemi žárového nástřiku zaměřuje již téměř 20 let.

Zakázky doma i v zahraničí

V loňském roce završil úspěšnou modernizaci svého technologického zázemí otevřením nového centra žárových nástřiků, vybaveného mimo jiné jedním z nejmodernějších systémů plazmatického nástřiku v Evropě.

Na tradici úzké spolupráce s průmyslovými partnery navázal Výzkumný a zkušební ústav v Plzni svým zapojením do projektu Národního centra pro energetiku. V jeho rámci si klade za cíl inovovat komponenty energetických zařízení klasických i jaderných elektráren prostřednictvím aplikací žárově stříkaných povlaků. Při řešení těchto témat zhodnotí specialisté VZÚ Plzeň své dlouhodobé zkušenosti s uplatněním žárových nástřiků, a to nejen v energetickém průmyslu.

Pro vybrané důležité komponenty se v průběhu projektu ověřuje potenciál využití jednotlivých technologií žárového nástřiku. Navržený experimentální program se týká například povrchů kotlových těles, výparníků, parních ventilů, oběžných kol, rozváděcích lopatek a dalších komponent, jejichž kondice je významná pro životnost celých systémů. Specifické vlastnosti, které by po aplikaci nástřiku měly povrchy získat, budou v první fázi ověřeny laboratorně. Na tento krok pak, ve spolupráci s provozovatelem zařízení – společností ČEZ, navazuje praktické ověření účinnosti metody přímo v reálných provozních podmínkách.

Aktuálním příkladem spolupráce VZÚ Plzeň s provozovatelem je zkušební nástřik povrchu tělesa kotle K21 v uhelné elektrárně Tušimice II. Díky němu se doplní chybějící, opotřebovaný materiál a zároveň by úprava ošetřenému povrchu měla dodat i novou kvalitu – vysokou odolnost proti korozi v chemicky agresivním prostředí za vysoké teploty. Protože bylo nutné nástřik realizovat přímo na místě, uvnitř tělesa kotle, byla jako nejvhodnější zvolena mobilní technologie nástřiku elektrickým obloukem. Na vytipované plochy kotle (v oblasti takzvané výsypky a sušky) byly naneseny povlaky z materiálů na bázi slitin železa a niklu s vysokou odolností proti korozi za vysokých teplot. Vzorky nastříkaných ploch o celkové ploše 6 m² budou vystaveny běžnému provozu kotle po dobu cca 12 měsíců. Následné analýzy výsledků při další odstávce umožní vybrat ten materiál povlaku, který na daném místě nejlépe odolává působení okolního prostředí. Aplikace povlaku na celý povrch tělesa kotle pak umožní prodloužit jeho životnost až desetinásobně.

Dalšími projekty, které VZÚ Plzeň v oblasti povrchových úprav řeší, je například vývoj materiálů pro ochranu povrchu rotorů geotermálních turbín nebo návrh povrchů dalších komponent jaderných i klasických elektráren – svarových spojů potrubí, turbín, parních ventilů a dalších. Vhodným nástřikem lze opravit vady, vzniklé provozním opotřebením i zajistit preventivní ochranu těchto kritických dílů.

Potenciál technologie Cold Spray

Výzkumný program zahrnuje, kromě v průmyslové praxi známých a využívaných technologií nástřiku plamenem, plazmatem, elektrickým obloukem či vysokorychlostního nástřiku plamenem, i nejmodernější technologii nanášení povlaků za studena, takzvaný Cold Spray. Tato technologie, prozatím testovaná zejména v laboratořích základního a aplikovaného výzkumu, skýtá potenciál nejen k vytváření vysoce funkčních ochranných povrchových vrstev. Díky svým unikátním vlastnostem umožňuje nanášet materiál o neomezené tloušťce a vytvářet tak i trojrozměrné objekty. Jak ukazují výsledky dosavadních experimentů, vzniklá struktura povlaku má ve srovnání s povlaky, nanášenými jinými technologiemi nástřiku, minimální pórovitost a vysokou přilnavost i kohezní pevnost. Díky tomu má tato moderní aditivní technologie vysoký potenciál k uplatnění v prvovýrobě a opravárenství v energetice i v dalších průmyslových oborech.

Povrchové úpravy nejen pro energetiku

Ačkoli je experimentální program projektu Národního centra pro energetiku směřován primárně do oblasti energetiky, vyvinuté typy povrchových ochran lze použít i u mnoha dalších aplikací s obdobnými nároky na vlastnosti povrchu. Využití najdou zejména v letectví, dopravě, strojírenství, chemickém i potravinářském průmyslu. Stanislav Martínek, ředitel VZÚ Plzeň, k tomu dodává: „Za rostoucím zájmem o aditivní technologie typu žárových nástřiků stojí samozřejmě i finanční stránka. Náklady na povrchové úpravy se totiž obecně pohybují v řádu jednotek procent ceny jednotlivých dílů, zatímco jejich životnost se dá aplikací nástřiku prodloužit až několikanásobně“.

Autor

• VZÚ Plzeň s.r.o.